張瑞 Pascal Paillard

摘要

本文針對焊接過程信息采集控制系統(tǒng)的研究，介紹了用于實(shí)現(xiàn)焊接控制系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)以及相機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)硬件設(shè)備與控制軟件系統(tǒng)。通過LabVIEW軟件開發(fā)的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動化焊接，系統(tǒng)采集焊接電流、焊接電壓同時(shí)可以采集熔滴過渡高速圖像，對焊接過程進(jìn)行質(zhì)量分析與判定。

【關(guān)鍵詞】LabVIEW 高速攝像機(jī) 差分示波器

熔滴過渡是影響熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）焊接過程穩(wěn)定性的重要因素，其檢測及控制一直是焊接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在熔滴過渡的實(shí)驗(yàn)研究過程中，需要確定焊接電流、電壓與熔滴過渡圖像之間的相位關(guān)系。利用傳統(tǒng)示波器，很難實(shí)現(xiàn)高速攝像機(jī)與電流、電壓信號采集的同步化。因此，尋求一種性價(jià)比較高、設(shè)計(jì)相對簡便的焊接過程參數(shù)檢測系統(tǒng)具有重要意義。本文以PicoScope差分示波器和高速攝像機(jī)為對象，實(shí)現(xiàn)了焊接過程電信號數(shù)據(jù)采集、高速圖像采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了圖像和電信號波形的同步回放。并設(shè)計(jì)了一套電信號及高速圖像的采集系統(tǒng)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

本文采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括上位機(jī)電腦Labview軟件，差分示波器，高速攝像機(jī)，福尼斯焊接電源等。采用的AVR單片機(jī)為Mega2560，Picoscope3425高精度差分示波器作為信號采集單元，該示波器可以采用 USB口供電，自帶的API函數(shù)可以進(jìn)行二次開發(fā)應(yīng)用?；魻栯娏鱾鞲衅鬟x用LEM公司的電流傳感器LF 306-S.高速攝像機(jī)選用基恩士的VW-9000系列，相機(jī)和鏡頭分別采用的是VW-600C和VWZ2。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)程序界面主要由兩部分組成，控制系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)。軟件界面和部分程序見圖1。

LabVIEW和AVR單片機(jī)的通信采用VISA函數(shù)，可以通過串口發(fā)送字符串，這里使用VISA函數(shù)的串口初始化、串口寫和串口關(guān)閉模塊。Labview軟件系統(tǒng)中主要采用事件觸發(fā)模式，按下按鈕時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的事件，同時(shí)將已經(jīng)定義好的字符串發(fā)送給AVR單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收到的字符串信息控制相應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備和電路。本系統(tǒng)使用LabVIEW設(shè)計(jì)信息采集系統(tǒng)界面，程序通過調(diào)用Pico-Technology開發(fā)的動態(tài)鏈接庫（dll）來控制Picoscope差分示波器。

由于焊接過程電流電壓信號包含大量有用信息，信息采集完成后需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和顯示和處理。本文結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇數(shù)據(jù)記錄文件進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和存儲，圖形顯示采用波形圖模塊。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)針對6060鋁合金進(jìn)行了MIG焊接實(shí)驗(yàn)研究，電信號采集結(jié)果如圖2（a）所示。圖像信號同步采集結(jié)果如圖2（b）所示，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置高速攝像機(jī)采集頻率為1000fps，分辨率為640×480。系統(tǒng)獲得清晰的熔滴過渡圖像。高速攝像圖像表明熔滴過渡方式為短路過渡，當(dāng)電弧起弧后，焊絲吸收熱量熔化，熔滴形成并逐漸長大，電弧長度變短，當(dāng)熔滴繼續(xù)長大（24-35ms），熱輸入減小，但送絲速度不變，此時(shí)形成短路（21，41ms），電弧電壓迅速降低，接近為。，電流迅速增大，此時(shí)金屬和熔池接形成“搭橋”，隨著電磁力的不斷增加，“搭橋”爆斷，新的熔滴開始形成。

2 結(jié)論

（1）該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)MIG焊接過程焊接電流、焊接電壓信號和高速圖像信息的準(zhǔn)確采集、存儲和顯示。

（2）該系統(tǒng)很好的實(shí)現(xiàn)了焊接電信號和圖像信號的同步采集，能夠?yàn)榉治鋈鄣芜^渡行為奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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